Eterul de celuloză asupra morfologiei etringitei timpurii

Efectele eterului de hidroxietil metilceluloză și ale eterului de metilceluloză asupra morfologiei etringitului din suspensia de ciment timpurie au fost studiate prin microscopie electronică cu scanare (SEM). Rezultatele arată că raportul lungime-diametru al cristalelor de etringit din suspensia modificată cu eter de hidroxietil metilceluloză este mai mic decât cel din suspensia obișnuită, iar morfologia cristalelor de etringit este scurtă, asemănătoare tijei. Raportul lungime-diametru al cristalelor de etringit din suspensia modificată cu eter de metilceluloză este mai mare decât cel din suspensia obișnuită, iar morfologia cristalelor de etringit este în formă de tijă ac. Cristalele de etringit din suspensiile de ciment obișnuite au un raport de aspect undeva între acestea. Prin studiul experimental de mai sus, este clar în plus că diferența de greutate moleculară dintre două tipuri de eter de celuloză este cel mai important factor care afectează morfologia etringitului.

Cuvinte cheie:etringită; Raport lungime-diametru; Eter de metilceluloză; Eter de hidroxietil metilceluloză; morfologie

Etringitul, ca produs de hidratare ușor expandat, are un efect semnificativ asupra performanței betonului de ciment și a fost întotdeauna un subiect de cercetare important în domeniul materialelor pe bază de ciment. Etringitul este un tip de aluminat de calciu hidratat de tip trisulfură, formula sa chimică fiind [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O sau poate fi scris ca 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, adesea abreviat ca AFt. În sistemul de ciment Portland, etringitul se formează în principal prin reacția gipsului cu mineralele de aluminat sau aluminat feric, care joacă rolul de a întârzia hidratarea și rezistența timpurie a cimentului. Formarea și morfologia etringitului sunt afectate de mulți factori, cum ar fi temperatura, valoarea pH-ului și concentrația de ioni. Încă din 1976, Metha și colab. au utilizat microscopia electronică cu scanare pentru a studia caracteristicile morfologice ale AFt și au constatat că morfologia acestor produse de hidratare ușor expandate era ușor diferită atunci când spațiul de creștere era suficient de mare și când spațiul era limitat. Primele erau în mare parte sferule subțiri în formă de ac, în timp ce cele din urmă erau în mare parte prisme scurte în formă de tijă. Cercetările lui Yang Wenyan au descoperit că formele AFt erau diferite în funcție de mediile de întărire. Mediile umede ar întârzia generarea AFt în betonul dopat cu expansiune și ar crește posibilitatea umflării și fisurării betonului. Medii diferite afectează nu numai formarea și microstructura AFt, ci și stabilitatea volumului său. Chen Huxing și colab. au descoperit că stabilitatea pe termen lung a AFt a scăzut odată cu creșterea conținutului de C3A. Clark și Monteiro și colab. au descoperit că odată cu creșterea presiunii mediului, structura cristalină a AFt s-a schimbat de la ordine la dezordine. Balonis și Glasser au analizat modificările densității AFm și AFt. Renaudin și colab. au studiat modificările structurale ale AFt înainte și după imersia în soluție și parametrii structurali ai AFt în spectrul Raman. Kunther și colab. s-a studiat efectul interacțiunii dintre raportul calciu-siliciu din gelul CSH și ionul sulfat asupra presiunii de cristalizare a AFt prin RMN. În același timp, pe baza aplicării AFt în materiale pe bază de ciment, Wenk și colab. au studiat orientarea cristalelor de AFt în secțiunea de beton prin tehnologia de finisare cu difracție de raze X prin radiație sincrotron dură. Au fost explorate formarea AFt în cimentul mixt și punctul fierbinte de cercetare al etringitei. Pe baza reacției întârziate a etringitei, unii cercetători au efectuat numeroase cercetări asupra cauzei fazei AFt.

Expansiunea volumică cauzată de formarea etringitei este uneori favorabilă și poate acționa ca o „expansiune” similară agentului de expansiune al oxidului de magneziu pentru a menține stabilitatea volumică a materialelor pe bază de ciment. Adăugarea de emulsie polimerică și pulbere de emulsie redispersabilă modifică proprietățile macroscopice ale materialelor pe bază de ciment datorită efectelor lor semnificative asupra microstructurii materialelor pe bază de ciment. Cu toate acestea, spre deosebire de pulberea de emulsie redispersabilă, care sporește în principal proprietatea de aderență a mortarului întărit, eterul de celuloză polimerică (CE) solubil în apă conferă mortarului nou amestecat o bună retenție a apei și un efect de îngroșare, îmbunătățind astfel performanța de lucru. CE neionic este utilizat în mod obișnuit, inclusiv metilceluloza (MC), hidroxietilceluloza (HEC), hidroxipropilmetilceluloza (HPMC).hidroxietil metilceluloză (HEMC), etc., iar CE joacă un rol în mortarul proaspăt amestecat, dar afectează și procesul de hidratare a suspensiei de ciment. Studiile au arătat că HEMC modifică cantitatea de AFt produsă ca produs de hidratare. Cu toate acestea, niciun studiu nu a comparat sistematic efectul CE asupra morfologiei microscopice a AFt, așa că această lucrare explorează diferența dintre efectul HEMC și MC asupra morfologiei microscopice a Ettringham în suspensia de ciment timpurie (1 zi) prin analiza imaginilor și comparație.

1. Experimentați

1.1 Materii prime

Cimentul Portland P·II 52.5R produs de Anhui Conch Cement Co., LTD a fost selectat ca ciment în cadrul experimentului. Cei doi eteri de celuloză sunt hidroxietilmetilceluloza (HEMC) și, respectiv, metilceluloza (metilceluloză, Shanghai Sinopath Group). MC); Apa de amestecare este apă de la robinet.

1.2 Metode experimentale

Raportul apă-ciment al probei de pastă de ciment a fost de 0,4 (raportul masic dintre apă și ciment), iar conținutul de eter de celuloză a fost de 1% din masa cimentului. Pregătirea probei a fost efectuată conform standardului GB1346-2011 „Metoda de testare pentru consumul de apă, timpul de întărire și stabilitatea consistenței standard a cimentului”. După formarea probei, o folie de plastic a fost încapsulată pe suprafața matriței pentru a preveni evaporarea și carbonizarea apei de suprafață, iar proba a fost plasată într-o cameră de întărire cu o temperatură de (20±2)℃ și o umiditate relativă de (60±5)%. După 1 zi, matrița a fost îndepărtată, iar proba a fost spartă, apoi o mică probă a fost prelevată din mijloc și înmuiată în etanol anhidru pentru a termina hidratarea, iar proba a fost scoasă și uscată înainte de testare. Probele uscate au fost lipite pe masa de probe cu adeziv conductiv dublu-adeziv, iar un strat de folie de aur a fost pulverizat pe suprafață cu ajutorul unui instrument automat de pulverizare cu ioni Cressington 108auto. Curentul de pulverizare a fost de 20 mA, iar timpul de pulverizare a fost de 60 s. Microscopul electronic de baleiaj de mediu (ESEM) FEI QUANTAFEG 650 a fost utilizat pentru a observa caracteristicile morfologice ale AFt pe secțiunea probei. Modul de electroni secundari în vid înalt a fost utilizat pentru a observa AFT. Tensiunea de accelerare a fost de 15 kV, diametrul spotului fasciculului a fost de 3,0 nm, iar distanța de lucru a fost controlată la aproximativ 10 mm.

2. Rezultate și discuții

Imaginile SEM ale etringitei în suspensia de ciment modificată cu HEMC întărită au arătat că creșterea orientării Ca (OH)2(CH) stratificată a fost evidentă, iar AFt a prezentat o acumulare neregulată de AFt scurt, asemănător tijei, iar o parte din AFT scurt, asemănător tijei, a fost acoperită cu structura membranei HEMC. Zhang Dongfang și colab. au descoperit, de asemenea, AFt scurt, asemănător tijei, atunci când au observat modificările microstructurii suspensiei de ciment modificate cu HEMC prin ESEM. Aceștia au considerat că suspensia obișnuită de ciment reacționează rapid după întâlnirea cu apa, astfel încât cristalul de AFt este subțire, iar prelungirea vârstei de hidratare a dus la creșterea continuă a raportului lungime-diametru. Cu toate acestea, HEMC a crescut vâscozitatea soluției, a redus rata de legare a ionilor în soluție și a întârziat sosirea apei pe suprafața particulelor de clincher, astfel încât raportul lungime-diametru al AFt a crescut într-o tendință slabă, iar caracteristicile sale morfologice au prezentat o formă scurtă, asemănătoare tijei. Comparativ cu AFt din pasta de ciment obișnuită de aceeași vârstă, această teorie a fost parțial verificată, dar nu este aplicabilă pentru a explica modificările morfologice ale AFt în pasta de ciment modificată cu MC. Imaginile SEM ale etriditei în pasta de ciment modificată cu MC întărită timp de 1 zi au arătat, de asemenea, o creștere orientată a Ca(OH)2 stratificat, unele suprafețe de AFt au fost, de asemenea, acoperite cu o structură peliculară de MC, iar AFt a prezentat caracteristici morfologice ale creșterii în clustere. Cu toate acestea, prin comparație, cristalul de AFt din pasta de ciment modificată cu MC are un raport lungime-diametru mai mare și o morfologie mai subțire, prezentând o morfologie aciculară tipică.

Atât HEMC, cât și MC au întârziat procesul de hidratare incipientă a cimentului și au crescut vâscozitatea soluției, însă diferențele în caracteristicile morfologice ale AFt cauzate de acestea au fost încă semnificative. Fenomenele de mai sus pot fi elaborate în continuare din perspectiva structurii moleculare a eterului de celuloză și a structurii cristaline a AFt. Renaudin și colab. au înmuiat AFt sintetizat în soluția alcalină preparată pentru a obține „AFt umed”, l-au îndepărtat parțial și l-au uscat pe suprafața unei soluții saturate de CaCl2 (umiditate relativă 35%) pentru a obține „AFt uscat”. După studiul de rafinare a structurii prin spectroscopie Raman și difracție cu raze X pe pulbere, s-a constatat că nu există nicio diferență între cele două structuri, ci doar direcția de formare a cristalelor celulelor s-a schimbat în procesul de uscare, adică, în procesul de schimbare a mediului de la „umed” la „uscat”, cristalele de AFt au format celule de-a lungul direcției normale a, crescând treptat. Cristalele de AFt de-a lungul direcției normale c au devenit din ce în ce mai puține. Cea mai elementară unitate a spațiului tridimensional este compusă dintr-o linie normală, o linie normală b și o linie normală c, care sunt perpendiculare una pe cealaltă. În cazul în care normalele b au fost fixate, cristalele de AFt s-au grupat de-a lungul normalelor a, rezultând o secțiune transversală celulară mărită în planul normalelor ab. Astfel, dacă HEMC „stochează” mai multă apă decât MC, poate apărea un mediu „uscat” într-o zonă localizată, încurajând agregarea laterală și creșterea cristalelor de AFt. Patural și colab. au descoperit că, pentru CE în sine, cu cât gradul de polimerizare este mai mare (sau cu cât greutatea moleculară este mai mare), cu atât vâscozitatea CE este mai mare și cu atât performanța de retenție a apei este mai bună. Structura moleculară a HEMC și MCS susține această ipoteză, gruparea hidroxietil având o greutate moleculară mult mai mare decât gruparea hidrogen.

În general, cristalele de AFt se vor forma și precipita numai atunci când ionii relevanți ating o anumită saturație în sistemul de soluție. Prin urmare, factori precum concentrația de ioni, temperatura, valoarea pH-ului și spațiul de formare în soluția de reacție pot afecta semnificativ morfologia cristalelor de AFt, iar modificările condițiilor de sinteză artificială pot schimba morfologia cristalelor de AFt. Prin urmare, raportul dintre cristalele de AFt în suspensia obișnuită de ciment dintre cele două poate fi cauzat de un singur factor: consumul de apă în hidratarea timpurie a cimentului. Cu toate acestea, diferența în morfologia cristalelor de AFt cauzată de HEMC și MC ar trebui să se datoreze în principal mecanismului lor special de retenție a apei. HEMC și MCS creează o „buclă închisă” de transport al apei în microzona suspensiei proaspete de ciment, permițând o „perioadă scurtă” în care apa este „ușor de pătruns și dificil de scos”. Cu toate acestea, în această perioadă, mediul în fază lichidă din și din apropierea microzonei este, de asemenea, modificat. Factori precum concentrația de ioni, pH-ul etc., schimbarea mediului de creștere se reflectă în continuare în caracteristicile morfologice ale cristalelor de AFt. Această „buclă închisă” a transportului apei este similară cu mecanismul de acțiune descris de Pourchez și colab. HPMC joacă un rol în retenția apei.

3. Concluzie

(1) Adăugarea de hidroxietil metilceluloză eter (HEMC) și metilceluloză eter (MC) poate modifica semnificativ morfologia etringitei în suspensia de ciment obișnuită, aflată în stadiu incipient (1 zi).

(2) Lungimea și diametrul cristalului de etringit din suspensia de ciment modificată cu HEMC sunt mici și au formă de tijă scurtă; Raportul dintre lungimea și diametrul cristalelor de etringit din suspensia de ciment modificată cu MC este mare, având forma unei tije ac-formate. Cristalele de etringit din suspensiile de ciment obișnuite au un raport de aspect între aceste două.

(3) Efectele diferite ale celor doi eteri de celuloză asupra morfologiei etringitei se datorează în esență diferenței de greutate moleculară.